Συμβολή Στη Διαχείριση Των Ηλεκτρικών Οχημάτων Για Την Αποδοτικότερη Ενσωμάτωση Τους Στα Δίκτυα Ηλεκτρικής Ενέργειας

Abstract

Ο εξηλεκτρισμός του τομέα των μεταφορών απαιτεί τη διασύνδεση των ηλεκτρικών οχημάτων με το δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας μέσω κατάλληλων υποδομών φόρτισης. Οι ενεργειακές ανάγκες των ηλεκτρικών οχημάτων θα πρέπει να εξυπηρετούνται όπως και η οικιακή κατανάλωση, χωρίς καμία διάκριση. Η διαφορετικότητα του φορτίου των ηλεκτρικών οχημάτων συγκριτικά με το οικιακό φορτίο έγκειται στο γεγονός ότι το φορτίο των ηλεκτρικών οχημάτων δεν είναι στατικό και μπορεί να μετατοπιστεί τόσο χωρικά όσο και χρονικά. Από την πλευρά των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας, η ζήτηση των ηλεκτρικών οχημάτων για τη φόρτιση τους αποτελεί ένα επιπρόσθετο φορτίο που αναμένεται να μεταβάλλει την καμπύλη φορτίου του συστήματος και να επηρεάσει τη λειτουργία και διαχείριση των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας, ανάλογα με το επίπεδο ενσωμάτωσης των ηλεκτρικών οχημάτων και τον τρόπο φόρτισης τους. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη της επίδρασης της ενσωμάτωσης των ηλεκτρικών οχημάτων στη λειτουργία των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας καθώς και η ανάπτυξη αλγορίθμων διαχείρισης τους για την αποδοτικότερη ένταξη τους σε αυτά. O καθορισμός του αντικειμενικού στόχου διαχείρισης των ηλεκτρικών οχημάτων είναι άμεσα συνδεδεμένος με τα τεχνικά και λειτουργικά χαρακτηριστικά του εκάστοτε δικτύου που μελετάται. Ως εκ τούτου, είναι αναγκαία η μελέτη της επίδρασης των ηλεκτρικών οχημάτων σε όλα τα επίπεδα ενός δικτύου ηλεκτρικής ενέργειας (δηλαδή σύστημα παραγωγής, δίκτυο μεταφοράς, δίκτυο διανομής, διασυνδεδεμένα και μη δίκτυα) με σκοπό να προσδιοριστούν τα πιθανά προβλήματα που θα επιφέρει η ενσωμάτωση τους σε αυτά τα δίκτυα λαμβάνοντας υπόψη διαφορετικά σενάρια διείσδυσης και πολιτικές ενσωμάτωσης. Δύο είναι οι βασικοί άξονες των προτεινόμενων αλγορίθμων διαχείρισης: η μεγιστοποίηση του αριθμού διασυνδεδεμένων ηλεκτρικών οχημάτων στις υφιστάμενες δικτυακές υποδομές χωρίς να παραβιάζονται οι λειτουργικοί περιορισμοί των δικτύων και η πλήρης ενσωμάτωση τους στις αγορές ηλεκτρικής ενέργειας, θεωρώντας αμφίδρομη ροή ισχύος μεταξύ ηλεκτρικών οχημάτων και δικτύου.Η δυναμική συμπεριφορά των ηλεκτρικών οχημάτων λόγω της κινητικότητας τους επιτάσσει την υιοθέτηση ευέλικτων μεθόδων διαχείρισης τους με σκοπό την εξυπηρέτηση των ενεργειακών αναγκών τους λαμβάνοντας υπόψη τις επιθυμίες των χρηστών των ηλεκτρικών οχημάτων, τους περιορισμούς των δικτύων ηλεκτρικής ενέργειας και τις παραμέτρους των αγορών ηλεκτρικής ενέργειας. Η εφαρμογή αποκεντρωμένων αλγορίθμων διαχείρισης φορτίου σε έντονα μεταβαλλόμενα και σύνθετα περιβάλλοντα μπορεί να αποδειχθεί αποδοτικότερη συγκριτικά με την αντίστοιχη των κεντρικών αλγορίθμων. Για τον σκοπό αυτό, η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στον σχεδιασμό και στην ανάπτυξη αποκεντρωμένων αλγορίθμων διαχείρισης της ζήτησης των ηλεκτρικών οχημάτων. Η απόδοση των προτεινόμενων αποκεντρωμένων αλγορίθμων συγκρίνεται με την αντίστοιχη των κεντρικών αλγορίθμων αποδεικνύοντας την ικανότητα τους να συγκλίνουν στην ίδια βέλτιστη λύση με τους κεντρικούς αλγορίθμους, για υψηλά ποσοστά διείσδυσης ηλεκτρικών οχημάτων, σε μικρότερο υπολογιστικό χρόνο. Τέλος, στην παρούσα διατριβή αναπτύχθηκαν μια πρότυπη υποδομή φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων και μια διαλειτουργική πλατφόρμα διαχείρισης σταθμών φόρτισης, που επιτρέπουν τις δοκιμές συμβατότητας των εμπορικών τεχνολογιών με τα διεθνή πρότυπα ηλεκτροκίνησης και την εφαρμογή καινοτόμων αλγορίθμων διαχείρισης σε ελεγχόμενο περιβάλλον.